Kraft Messung statischer und dynamischer Kräfte Dynamische Kraftverläufe Hohe Steifigkeit Industrielle Dehungssensoren Zug- und Druckkräfte DMS-Kraftmesszellen ICP®-Kraftsensoren 3-Komponenten-Kraftsensoren Redundanz Ein Unternehmen der PCB Piezotronics, Inc. Messung dynamischer und statischer Kräfte Themenübersicht Einleitung Messung dynamischer Kräfte Belastungs- und Alterungsuntersuchungen Überwachung von Fertigungsprozessen Indirekte Kraftmessung 3-Komponenten-Kraftsensoren OEM-Anwendungen Produktübersicht piezoelektrische Kraftsensoren Kraftsensoren und Wägezellen auf DMS-Basis DMS-Miniaturkraftsensoren S-Typ-Wägezellen Flachprofil-Wägezellen Ermüdungsfrei bis 100 Millionen Lastwechsel („Fatigue Rated“) Doppelte Messbrücke (Dual Bridge Load Cells) Produktübersicht Kraftsensoren und Wägezellen auf DMS-Basis 2 3 3 3 4 4 5 5 6 6 6 6 6 7 7 Einleitung Statisch und dynamisch messende Kraftsensoren von Alle Sensoren sind gemäß ISO 9001 entwickelt und ge- PCB Piezotronics, Inc. gewährleisten größtmögliche fertigt. Sie werden mit einem individuellen, auf NIST Präzision bei Messungen in der Automobilentwick- rückführbaren Kalibrierzertifikat geliefert. lung, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie der Prozesssteuerung. Neben den Quarzsensoren auf piezoelektrischer Basis zur Messung dynamischer und quasistatischer Vorgänge werden auch Wägezellen mit DMS-Sensorelementen angeboten, die statische Kraftmessungen ermöglichen. Die piezoelektrischen Sensoren sind mit integriertem ICP®-Verstärker oder Ladungsausgang verfügbar. Ergänzend bietet PCB® passende Signalaufbereitungsmodule an, optional mit einer Anbindungsmöglichkeit an Überwachungs- und Automatisierungssysteme. Die DMS-Wägezellen eignen sich für eine Vielzahl von statischen Kraftmessanwendungen wie Wiegen, Dynamometertests und Kraftmessungen an Prüfmaschinen. Neben den Standardaufnehmern sind auch Modelle mit doppelt ausgeführter Messbrücke für Langzeituntersuchungen verfügbar. 2 Messung dynamischer Kräfte Piezoelektrische Kraftsensoren eignen sich aufgrund ihrer großen Messbandbreite und kurzen Ansprechzeiten zur Messung dynamischer und quasistatischer Kraftverläufe. Durch die äußerst steife Konstruktion werden die Sensoren bei Belastung nur minimal ausgelenkt Top-Features piezoelektrischer Kraftsensoren und somit eine sehr gute Linearität und stabile Messer- ▪ Verwendung der ICP®-Technik (optional) gebnisse gewährleistet. Eingesetzt werden piezoelektri- ▪ Ermüdungsfrei und langzeitstabil sche Kraftsensoren in Forschung und Entwicklung und in der Fertigungsprozessüberwachung. ▪ Großer Dynamikbereich ▪ Exzellente Linearität Zur Auswahl stehen Ein- und Mehrkomponenten-Kraftsensoren zur Messung von Zug- und Druckkräften. Ne- ▪ Hohe Steifigkeit und Überlastsicherheit ben den weiterhin erhältlichen Modellen mit Ladungsausgang werden auch moderne Typen mit integriertem ICP®-Verstärker angeboten. In Ergänzung dazu sind unterschiedliche Lösungen zur Signalaufbereitung erhältlich, die sich an Überwachungs- und Automatisierungssysteme anbinden lassen. Belastungs- und Alterungsuntersuchungen Alterungs- und Belastungsuntersuchungsverfahren umfassen Druck-, Zug- und Vibrationsuntersuchungen an einzelnen Komponenten oder ganzen Strukturen, um deren Funktionssicherheit und Stabilität sicherzustellen. Bei der Erfassung dynamischer Kräfte bieten die piezoelektrischen Kraftsensoren im Vergleich zu Dehnungsmessstreifen bedeutende Vorteile, wie etwa Ermüdungsfreiheit und noch bessere Langzeitstabilität. Überwachung von Fertigungsprozessen Bei schnell getakteten Crimp-, Stanz-, Press-, Fügeoder Schweißvorgängen werden zur Sicherstellung der Qualität die im Prozess auftretenden Kräfte gemessen, dokumentiert und ausgewertet. Durch den Einsatz piezoelektrischer Kraft- und Dehnungssensoren in Kombination mit Online-Überwachungssystemen werden Abweichungen von den Fertigungstoleranzen frühzeitig erkannt. Dadurch wird die Produktionseffizienz gesteigert und die Produktqualität verbessert. 3 Indirekte Kraftmessung Die piezoelektrischen Dehnungssensoren der Serie RHM240 sowie das Modell 740B02 ermöglichen die indirekte Messung einwirkender Kräfte durch Erfassung der Oberflächendehnung und -stauchung. Die Montage der Sensoren erfordert keine konstruktiven Änderun- Modell RHM240M40 gen an der Messposition, da sie kraftschlüssig auf die Industrieller piezoelektrischer Dehnungssensor Strukturoberfläche geklebt oder geschraubt werden. Piezoelektrische ICP®-Dehnungssensoren werden in der Fertigung zur Überwachung getakteter Fertigungsprozesse eingesetzt und registrieren dabei jede Änderung. Dadurch können zum Beispiel bei Crimp- oder Fügevorgängen so genannte „Fingerprints“ erstellt und dadurch Werkzeugverschleiß, Materialänderungen und Fertigungsfehler frühzeitig erkannt werden. 3-Komponenten-Kraftsensoren Die piezoelektrischen Kraftsensoren der Serie 260A erfassen dynamische oder quasistatische Kräfte in drei orthogonalen Achsen. In der Automobilentwicklung werden sie für Dynamikuntersuchungen des Chassis eingesetzt und liefern Informationen über eingeleitete Kräfte. Für Modal-, Belastungs- und Komfortuntersuchungen werden sie ebenfalls verwendet. In der Fertigung ermitteln die Sensoren Änderungen in den Schnittkräften von Werkzeugmaschinen und ermöglichen dadurch die Erkennung von Werkzeugverschleiß. Bei Einsatz der modernen ICP®-Modelle mit integriertem Vorverstärker wird eine problemlose und sichere Signalübertragung über eine einzelne Messleitung möglich. Modell 260A01 3-Komponenten-Kraftsensor mit ICP®-Technik Modell 260A12 3-Komponenten-Kraftsensor mit Ladungsausgang 4 Modell 740B02 Piezoelektrischer Dehnungssensor für Test und Versuch OEM-Anwendungen Bei OEM-Anwendungen ist der Einbau der Sen- messung: Sensoren werden so montiert, dass sie nur soren im Kraftfluss oft nicht möglich oder uner- einen Teil der auftretenden Kräfte messen. Die Kalibrie- wünscht, da er zu veränderten Festigkeitsverhält- rung erfolgt dann im eingebauten Zustand. PCB® bie- nissen tet daher die piezoelektrischen Kraftsensoren auch mit in der Maschinenstruktur führen kann. Abhilfe schafft die sogenannte Kraftnebenschluss- reduzierter Erstkalibrierung an. Produktübersicht piezoelektrische Kraftsensoren Produkt/Modell ICP®-Version Ladungsversion Messbereiche Typische Anwendungen Besonderheiten Spezifikation Serie 218 ▪ 0 … 45 bis 0 … 22.000 N Druckkraft ▪ Zugversuche ▪ flexible Montage ▪ Linearität 1 % FS ▪ kompakt ▪ 0 … 45 bis 0 … 2.000 N Zugkraft ▪ Ermüdungsuntersuchungen ▪ Materialuntersuchungen ▪ obere Grenzfrequenz 36 kHz Allround-Aufnehmer Serie 208 ▪ Biomechanik ▪ axialer oder radialer Anschlußstecker ▪ Modalanalyse Messunterlagscheiben Serie (M)201 bis (M)207 Serie (M)211 bis (M)217 ▪ 0 … 45 bis 0 … 450.000 N Druckkraft ▪ Fügeprozesse ▪ geringes Gewicht ▪ Linearität 1 % FS ▪ obere Grenzfrequenz 35 bis 90 kHz (modellabhängig) ▪ Walzenüberwachung ▪ Tablettenpressen ▪ Materialprüfung ▪ Maschinenuntersuchungen ▪ Stanzen und Crimpen Vorgespannte Kraftaufnehmer Serie (M)221 bis (M)227 Serie (M)231 bis (M)237 ▪ 0 … 45 bis 0 … 22.000 N Druckkraft ▪ 0 … 45 bis 0 … 130.000 N Zugkraft ▪ Strukturuntersuchungen ▪ Formen ▪ bereits vorgespannt ▪ Linearität 1 % FS ▪ kompakte Bauform ▪ Linearität 1 % FS ▪ Zugkrafttests ▪ kraftgeregelte Vibrationsprüfung ▪ obere Grenzfrequenz 4 bis 15 kHz (modellabhängig) ▪ Materialprüfung ▪ Überwachung von Maschinenzyklen 3-Komponenten-Kraftaufnehmer Serie (M)260A01 bis (M)260A03 Serie (M)260A11 bis (M)260A13 ▪ Fz: ±4,5 bis ±45 kN ▪ Fx: ±2,2 bis ±18 kN ▪ Fy: ±2,2 bis ±18 kN ▪ Druck-/Zugkraft ▪ Überwachung von Schneidwerkzeugen ▪ Untersuchung von Motorblockaufhängungen ▪ Übersprechen Fx auf Fy ±3 % ▪ Übersprechen Fx oder Fy auf Fz 5 % ▪ Biomechanik ▪ obere Grenzfrequenz 39 bzw. 90 kHz ▪ Modalanalyse ▪ Aufschlagversuche Vorgespannte 3-Komponenten-Kraftmesselemente (M)261A01 bis (M)261A03 (M)261A11 bis (M)261A13 ▪ Fz: ±4,5 bis ±45 kN ▪ Strukturuntersuchungen ▪ Fx: ±2,2 bis ±18 kN ▪ Überwachung von Schneidwerkzeugen ▪ Fy: ±2,2 bis ±18 kN ▪ Druck-/Zugkraft ▪ kompakte Bauform ▪ Linearität 1 % FS ▪ Übersprechen Fx auf Fy ±3% ▪ Übersprechen Fx oder Fz ±5% ▪ Modalanalyse ▪ Satellitenbau ▪ Obere Grenzfrequenz 10 kHz ▪ Roboterüberwachung Dehnungssensoren Serie RH(M)240A0x und RH(M)240M40 – ±50 bis ±300 µε ▪ Überwachung von Pressen ▪ indirekte Kraftmessung ▪ Zuverlässigkeitsuntersuchungen ▪ Überwachung von Crimpvorgängen ▪ Kollisionsüberwachung ▪ robuste, dichte Konstruktion ▪ Linearität 2 % FS ▪ erdfreier Signalausgang und robustes integriertes Kabel (Modell RHM240M40) 5 Kraftsensoren und Wägezellen auf DMS-Basis Die hochgenauen DMS-Wägezellen von PCB® werden für statische Kraftmessungen in Prüfständen oder Wägeeinrichtungen eingesetzt. Dank verschiedener Bauformen und Messbereiche wird eine Vielzahl von Anwendungen optimal abgedeckt. Typische Mess- Top-Features DMS-basierter Kraftsensoren aufgaben sind unter anderem Materialprüfungen, ▪ Geringe Durchbiegung und Auslenkung Strukturuntersuchungen, Lebensdauertests, Aufschlag- ▪ Hohe Genauigkeit tests oder Lastsimulationen in Langzeitprüfungen. ▪ Temperaturkompensation ▪ Hohe Steifigkeit und Überlastsicherheit ▪ Garantie für 100 Mio. Lastwechsel (optional) ▪ Geringe Querempfindlichkeit DMS-Miniaturkraftsensoren Die Kraftsensoren der Serie 0542xx-01xxx wurden spe- integriertes Anschlusskabel sowie eine hohe Festigkeit ziell für die Messung der Spann- und Klemmkräfte an bei geringer Auslenkung. Es stehen Messbereiche von Schraubverbindungen konzipiert. Die kleinen Mess- 20 kN bis 220 kN zur Verfügung. unterlagscheiben aus gehärtetem Stahl bieten ein S-Typ-Wägezellen Bei S-Typ-Wägezellen der Serie 1600 handelt es sich niederfrequenter dynamischer Kräfte eingesetzt wer- um Sensoren zur Messung von Zug- und Druckkräften. den. Alle Modelle sind mit einem integrierten Kabel Sie können für Wägeanwendungen und die Messung ausgestattet. Flachprofil-Wägezellen Die Wägezellen der Serie 1200 eignen sich für den Ein- gegen Scher- und punktuelle Momentbelastungen. Alle satz in Prüfmaschinen für Werkstoffuntersuchungen Aufnehmer werden mit einer werkseitig installierten oder Komponententests. Aufgrund der flachen Bauform Grundplatte geliefert, die den Einsatz für Messungen mit großer Auflagefläche sind die Sensoren beständig von Zug- und Druckkräften ermöglicht. Ermüdungsfrei bis 100 Millionen Lastwechsel („Fatigue Rated“) 6 Für einige Kraftmesszellen aus den Serien 1200 und sind widerstandsfähig gegen Biege- und Querbelas- 1400 werden über 100 Mio. Lastwechsel ohne Ermü- tungen. Typische Einsatzbereiche sind Messungen zur dungserscheinungen garantiert. Solche Sensoren wur- Lebensdauerermittlung von Bauteilen, Maschinen und den speziell für zyklische Belastungen entwickelt und Kraftfahrzeugkomponenten. Doppelte Messbrücke (Dual Bridge Load Cells) Wägezellen mit doppelt ausgeführter Messbrücke ha- brücke zur Regelung des Prüfstandes einzusetzen. ben zwei Ausgänge für das Messsignal. Somit bieten Weitere Merkmale sind die geringe Durchbiegung, die die Sensoren Redundanz bei Langzeituntersuchungen hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit sowie die und die Möglichkeit, das Messsignal der zweiten Mess- Temperatur- und Momentenkompensation. Produktübersicht Kraftsensoren und Wägezellen auf DMS-Basis Produkt/Modell Messbereiche Typische Anwendungen Besonderheiten Spezifikation ▪ 0 ... 20 bis 0 ... 220 kN Druckkraft ▪ Messung von Spannkräften ▪ integriertes Anschlusskabel ▪ Linearität 5 % FS ▪ Strukturuntersuchung ▪ hohe Steifigkeit ▪ Nennkennwert 1,5 mV/V ▪ ±0,22 bis ±4,45 kN Druck-/Zugkraft ▪ Materialprüfung ▪ temperaturkompensiert ▪ Linearität ≤0,05 % FS ▪ Bauteiltests ▪ überlastgeschützt bis 150 % des Messbereiches ▪ Nennkennwert 2,0 mV/V Messunterlagscheiben Serie 0542xx-01xxx ▪ geringe Baugröße S-Typ-Wägezellen Serie 163x ▪ allgemeine Kraftmessungen ▪ integriertes Kabel Flachprofilkraftmesszellen Serie M120x ▪ ±5 bis ±50 kN Druck-/Zugkraft ▪ Materialprüfung ▪ geringe Bauhöhe ▪ Linearität ≤0,05 % FS ▪ Drehmomentstütze ▪ temperaturkompensiert ▪ Strukturuntersuchung ▪ überlastgeschützt bis zu 50 % des Messbereiches ▪ Nennkennwert 2,0 mV/V bzw. 3,0 mV/V ▪ Prüfmaschinen ▪ Bauteiltests ▪ allgemeine Kraftmessungen ▪ ermüdungsfrei bis 100 Mio. Lastwechsel (Optional) Kraftmesszellen Serie 140x ▪ ±1,25 bis ±222 kN Druck-/Zugkraft ▪ Materialprüfung ▪ temperaturkompensiert ▪ Linearität ≤0,05 % FS ▪ Drehmomentstütze ▪ überlastgeschützt bis zu 300 % des Messbereiches ▪ Nennkennwert 1,0 mV/V bzw. 1,5 mV/V ▪ Strukturuntersuchung ▪ Prüfmaschinen ▪ Bauteiltests ▪ ermüdungsfrei bis 100 Mio. Lastwechsel (Optional) ▪ allgemeine Kraftmessungen Kraftmesszellen mit doppelter Messbrücke (Dual Bridge Load Cells) Serie 14xx-yyADB ▪ ±1,25 bis ±445 kN Druck-/Zugkraft ▪ Lebensdauerprüfungen ▪ temperaturkompensiert ▪ Materialprüfung ▪ überlastgeschützt bis zu 300 % des Messbereiches ▪ Drehmomentstütze ▪ Strukturuntersuchung ▪ Prüfmaschinen ▪ Bauteiltests ▪ ermüdungsfrei bis 100 Mio. Lastwechsel (Optional) ▪ Linearität ≤0,02 % FS bis ≤0,05 % FS (Modellabhängig) ▪ Nennkennwert 2,0 mV/V bzw. 1,5 mV/V ▪ allgemeine Kraftmessungen 7 Messbar gut Als spezialisiertes Vertriebsunternehmen für Sensor- und Dieser Anspruch wird von den Mitarbeitern täglich mit Lei- Messtechnik ist PCB Synotech seit 1992 ein Begriff. denschaft und Konsequenz gelebt. Überzeugen Sie sich Umfassendes Fachwissen, persönliche Beratung, Kompe- zu beraten! selbst! Die PCB Synotech-Mitarbeiter freuen sich darauf Sie tenz und direkter Kundenkontakt sind die Säulen des Erfolges von PCB Synotech. Das Unternehmen hat sich der Weitere Informationen und Neuigkeiten zu unseren Produk- absoluten Kundenzufriedenheit verschrieben. ten finden Sie jederzeit unter www.synotech.de. ANSPRECHPARTNER IN IHRER NÄHE TECHNISCHE UNTERSTÜTZUNG BREITES PRODUKTSPEKTRUM EXPRESS-VERSAND KALIBRIERSERVICE REPARATURSERVICE Ein Unternehmen der PCB Piezotronics, Inc. PCB Synotech GmbH Porschestr. 20 – 30 n 41836 Hückelhoven Tel.: +49 (0) 24 33/44 44 40 – 0 E-Mail: [email protected] n www.synotech.de Stand 12/2015/V6 · Fotos: u.a. fotolia Hochwertige Messtechnik und Beratung aus einer Hand
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